ARTiS: An Adaptive Robotic Gripper for Enhanced Tool Manipulation in Disassembly Applications
Dit artikel introduceert ARTiS, een nieuwe adaptieve robotische grijper die zachte mechanismen, antropomorfe behendigheid en rigide robuustheid combineert om diverse gereedschappen in demontage-toepassingen veilig te manipuleren door middel van actieve jamming en fin-ray adaptatie.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Robots zijn bijzonder goed geworden in het oppakken van voorwerpen. In fabrieken kunnen ze dozen tillen, fruit sorteren en zware onderdelen verplaatsen met een precisie die vaak de menselijke snelheid overtreft. Er is echter een duidelijk verschil tussen simpelweg iets vasthouden en het daadwerkelijk gebruiken ervan. Wanneer een mens een hamer, een schroevendraaier of een boormachine oppakt, klemmen ze niet alleen hun hand om de steel; ze wikkelen hun hand eromheen, passen hun grip aan terwijl het gereedschap beweegt, en gebruiken hun handpalm om het gereedschap op zijn plaats te vergrendelen zodat het niet draait of slipt terwijl er kracht wordt uitgeoefend. Dit vermogen om een gereedschap stevig vast te houden terwijl men draait, duwt of slaat, is een fundamenteel onderdeel van hoe wij dingen bouwen en uit elkaar halen. Voor robots blijft dit een hardnekkige hindernis. De meeste robotarmen zijn ontworpen om objecten te grijpen, maar wanneer ze een gereedschap proberen te gebruiken, glijdt het gereedschap vaak weg, draait het of valt het omdat de robot de complexe, adaptieve grip mist die een menselijke hand van nature biedt.
Een team van onderzoekers heeft een nieuwe robothand ontwikkeld die specifelijk is ontworpen om dit probleem op te lossen. Ze noemen het ARTiS, een drievingerige grijper die nabootst hoe een menselijke hand gereedschap vasthoudt en gebruikt tijdens demontageklussen. Het kernidee achter het ontwerp is het combineren van twee verschillende manieren van vasthouden. Het eerste deel is een zachte, 'jamming' handpalm. Stel je een zak voor gevuld met piepkleine glazen kraaltjes; wanneer de lucht uit de zak wordt gezogen, drukken de kraaltjes zich strak tegen elkaar aan, waardoor de zachte zak verandert in een rigide vorm die perfect aansluit op het object dat erin zit. De onderzoekers bouwden een handpalm zoals deze, maar vormden deze met een diepe gleuf, zodat gereedschappen zoals schroevendraaiers of hamers er diep in geduwd kunnen worden en op hun plaats vergrendeld kunnen worden. Het tweede deel bestaat uit drie vingers die onafhankelijk van elkaar kunnen bewegen en zijn voorzien van speciale, flexibele kussentjes. Deze vingertoppen zijn ontworpen om te buigen en zich aan te passen aan de vorm van de gerekenschacht, wat zorgt voor extra grip en stabiliteit. Door de 'jamming' handpalm te gebruiken om het hoofdlichaam van het gereedschap vast te houden en de vingers om de punt aan te passen, kan de robot een gereedschap stevig vasthouden om een schroef in te draaien of een oppervlak te raken zonder dat het gereedschap uit de greep glijdt.
De onderzoekers testten deze nieuwe grijper door hem de taken te laten uitvoeren die een mens zou doen bij het uit elkaar halen van een machine, zoals een automotive airconditioningunit. Ze gebruikten een verscheidenheid aan veelvoorkomende gereedschappen, waaronder negen verschillende soorten schroevendraaiers, twee hamers en twee boormachines. De tests hielden niet alleen in dat de gereedschappen werden opgepakt, maar ook dat ze werden gebruikt om bouten los te draaien, plastic verbindingen te breken en spijkers in te slaan. De resultaten lieten zien dat de combinatie van de 'jamming' handpalm en de adaptieve vingers aanzienlijk beter werkte dan eerdere robotarmen. Wanneer de onderzoekers maten hoeveel kracht er op de punt van een schroevendraaier kon worden uitgeoefend voordat deze gleed, kon de nieuwe grijper tot wel 7,8 keer meer kracht aan dan een standaard robothand die alleen op vingers vertrouwde. In veel gevallen zorgde de handpalm alleen al voor meer dan 90 procent van de houdkracht, wat bewees dat het 'jamming'-mechanisme de sleutel was tot het stabiel houden van het gereedschap.
De studie onthulde echter ook waar de technologie nog steeds uitdagingen ervaart. Hoewel de grijper uitstekend was in het vasthouden van stationair gereedschap of het draaien van schroeven, had hij moeite met gereedschappen die sterk trillen, zoals een boormachine. De trillingen van de boor zorgden ervoor dat de minuscule kraaltjes in de 'jamming' handpalm verschoven, wat er soms toe leidde dat de grip verslapte en het gereedschap het contact verloor. Ondanks dit slaagde de grijper erin om gereedschappen in 85 procent van de pogingen te grijpen en te heroriënteren, maar het succespercentage voor het daadwerkelijke gebruik van de gereedschappen was 68 procent. In een gezamenlijk experiment hield de grijper een werkstuk stabiel, waardoor een mens beide handen vrij had om zowel het gereedschap als de schroef tegelijkertijd vast te houden; deze opstelling verminderde de totale tijd die nodig was om drie bouten los te draaien met bijna 14 procent vergeleken met een mens die alleen werkt. De onderzoekers testten de grijper ook op een breed scala aan alledaagse voorwerpen, van voedingsmiddelen tot keukengerei, en hij slaagde erin 95 procent van hen te grijpen en op te tillen, wat aantoont dat het ontwerp niet beperkt is tot alleen gereedschap.
Het project onderzocht ook hoe mensen en robots nauwer met elkaar zouden kunnen samenwerken. In één experiment gebruikte een persoon een "onderwijsmodus" om de robothand fysiek in de juiste positie te leiden om een onderdeel van een machine vast te houden. Zodra de robot de positie had geleerd, vergrendelde hij het onderdeel op zijn plaats, waardoor de mens beide handen vrij had om aan de machine te werken. Deze samenwerking verminderde de totale tijd die nodig was om drie bouten los te draaien met bijna 14 procent vergeleken met een mens die alleen werkt. De studie concludeert dat hoewel de grijper niet perfect is, met name bij trillend gereedschap, het een belangrijke stap voorwaarts vertegenwoordigt. Het demonstreert dat voor robots om de kunst van het uit elkaar halen echt te beheersen, ze meer nodig hebben dan alleen sterke vingers; ze hebben een slimme, aanpasbare handpalm nodig die gereedschap op zijn plaats kan vergrendelen, precies zoals een menselijke hand dat doet.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.